Виды графики

Введение

Введение

1. Основные определения и форматы файлов компьютерной графики

   1.1.Основные определения  компьютерной графики

   1.2 Представление графической информации в цифровом виде

   1.3 Цифровые форматы представления графической информации

2. Виды компьютерной графики

   2.1. Растровая графика

   2.2. Векторная графика

   2.3. Фрактальная  графика

3аключение

Введение

Знание файловых форматов и их возможностей является одним  из ключевых факторов в допечатной подготовке изданий, подготовке изображений для web и в компьютерной графике вообще. Да, сегодня нет такого калейдоскопа расширений, как в начале 90-х, когда каждая компания-производитель редакторов изображений считала своим долгом создать свой файловый тип, а то и не один, однако это не означает, что "все нужно сохранять в TIFF, а сжимать ХРЕО'ом". Вариативность существующих сегодня форматов как раз и обусловлена необходимостью использования различных форматов в определенных условиях.

Представление данных на мониторе компьютера в  графическом  виде впервые было реализовано в середине 50-х годов для больших ЭВМ, применявшихся в научных и военных исследованиях. С тех пор графический способ отображения данных стал неотъемлемой принадлежностью подавляющего числа компьютерных систем, в особенности персональных. Графический интерфейс пользователя сегодня является стандартом “де-факто” для программного обеспечения разных классов, начиная с операционных  систем.

Существует специальная  область информатики, изучающая  методы и средства создания и обработки  изображений с помощью программно-аппаратных вычислительных комплексов, – компьютерная графика. Она охватывает все виды и формы представления изображений, доступных для восприятия человеком либо на экране монитора, либо в виде копии на внешнем носителе (бумага, кинопленка, ткань и прочее). Без компьютерной графики невозможно представить себе не только компьютерный, но и обычный, вполне материальный мир. Визуализация данных находит применение в самых разных сферах человеческой деятельности. Для примера назовем медицину (компьютерная томография), научные исследования (визуализация строения вещества, векторных полей и других данных), моделирование тканей и одежды, опытно-конструкторские разработки.

1. Основные определения   и форматы файлов компьютерной  графики

1.1.Основные определения компьютерной графики

Если говорить сухим  научным языком, то компьютерная графика (computer graphics) (для краткости будем  называть её CG, в просторечии пользователей  – си-джи) относится к области  информатики, изучающей методы и  средства создания и обработки изображений с помощью программно-аппаратных вычислительных комплексов. Прочитает это человек, далёкий от таких высокий материй, мало что поймет, испугается и непроизвольно составит себе о ней негативное представление.Но пугаться-то нечего. CG для нас теперь – второе окружение после окружения природы, которую многие перестали видеть, сидя в городских стенах и лицом к монитору. Если перевести на совсем простой язык, то CG – это те изображения, которые мы видим на этом самом мониторе или экране и которые легко скопировать, например, на бумагу, которая пока ещё осталась одним из внешних носителей информации. Кроме того, CG – это те методы, с помощью которых компьютер преобразовывает данные в графические (зримые) представления и наоборот – переводит изображения в цифры.

Первое экспериментальное  изображение появилось на мониторе очень давно, почти 60 лет назад, а  сейчас виртуальный и реальный мир  уже невозможно представить без  компьютерной графики. Включая компьютер  и выходя в Интернет, мы сразу встречаемся со своим собственным графическим интерфейсом (рабочий стол – наш красивый дворик; Windows, например, – наша радующая глаз и удобная квартира; любимый браузер – наше отлично оборудованное средство передвижения). Это уже привычные и стандартные продукты компьютерной графики.И хотя сам термин «компьютерная графика» у всех на слуху, для большинства людей это – некое абстрактное понятие, и если они ещё как-то связывают её с виртуальным пространством, то где она существует в реальном мире, большинству неведомо. На самом же деле CG уже давно организует весь зрительный ряд современного человека. Потому что куда бы мы ни посмотрели – везде она. Ткани, одежда, обувь моделируются с помощью CG. Предметы быта, бытовая техника – тоже.

Архитекторам без неё не обойтись, иначе они будут делать проекты годами. Вся печатная продукция давно создается с помощью компьютерной графики. Любая видимая реклама – продукт CG. 3D-фильмы, мультипликация, интерьеры, пейзажи, массовые сцены, многие персонажи в кинофильмах немыслимы без CG. Вся область фотографии стала царством компьютерной графики. В этих качествах трудно дать определение компьютерной графике. Что она такое? По-видимому, многоцелевой инструмент в руках разных специалистов, оружие цифровой революции. Но есть у неё ещё одна интересная сторона, которую с полным правом можно назвать искусством. Это – рисование с помощью цифры. На английском оно именуется как Digital Art. По-русски его называют просто – «компьютерная графика». Но смысл этого словосочетания прямой – графика, вид изобразительного искусства. Только рождается эта графика по-другому и при этом часто похожа на традиционную живопись. Это относительно новое направление, быстро развивающееся и тоже не вполне понятное большинству людей, которые пока не считают его искусством. В зависимости от того, как создаются художественные CG-изображения, компьютерную графику, как вид искусства, разделяют на три направления – растровую, векторную и фрактальную графику. А внутри этих 2D-направлений существуют ещё несколько видов создания изображений уже по техникам исполнения. Более молодое направление компьютерной графики – 3D-моделирование, которое раньше применялось только в науке и технике, а сейчас вовсю используется в кино, рекламе, в сайтостроительстве и, конечно, в играх.

1.2 Представление  графической информации в цифровом  виде

Все графические данные в компьютере можно разделить  на две большие ветви: растровую  и векторную.

Векторное представление  заключается в описании элементов  изображения математическими кривыми с указанием их цветов и заполняемое™ (вспомните, круг и окружность - разные фигуры). Красный эллипс на белом фоне будет описан всего двумя математическими формулами - прямоугольника и эллипса соответствующих цветов, размеров и местоположения. Очевидно, такое описание займет значительно меньше места, чем в первом случае. Еще одно преимущество - качественное масштабирование в любую сторону. Увеличение или уменьшение объектов производится увеличением или уменьшением соответствующих коэффициентов в математических формулах.

К сожалению векторный  формат становится невыгодным при передаче изображений с большим количеством  оттенков или мелких деталей (например, фотографий). Ведь каждый мельчайший блик в этом случае будет представляться не совокупностью одноцветных точек, а сложнейшей математической формулой или совокупностью графических примитивов, каждый из которых, является формулой. Это приводит к утяжелению файла. Кроме того, перевод изображения из растрового в векторный формат (например, программой Adobe Strime Line или Corel OCR-TRACE) приводит к наследованию последним невозможности корректного масштабирования в большую сторону. От увеличения линейных размеров количество деталей или оттенков на единицу площади больше не становится. Это ограничение накладывается разрешением вводных устройств (сканеров, цифровых фотокамер и ДР-)

Растровая графика описывает  изображения с использованием цветных  точек, называемых пикселями, расположенных  на сетке. Например, изображение древесного листа описывается конкретным расположением и цветом каждой точки сетки, что создает изображение примерно также, как в мозаике.При редактировании растровой графики Вы редактируете пиксели, а не линии. Растровая графика зависит от разрешения, поскольку информация, описывающая изображение, прикреплена к сетке определенного размера. При редактировании растровой графики, качество ее представления может измениться. В частности, изменение размеров растровой графики может привести к "разлохмачиванию" краев изображения, поскольку пиксели будут перераспределяться на сетке. Вывод растровой графики на устройства с более низким разрешением, чем разрешение самого изображения, понизит его качество.

Основой растрового представления  графики является пиксель (точка) с  указанием ее цвета. При описании, например, красного эллипса на белом фоне приходится указывать цвет каждой точки как эллипса, так и фона. Изображение представляется в виде большого количества точек - чем их больше, тем визуально качественнее изображение и больше размер файла. Т.е. одна и даже картинка может быть представлена с лучшим или худшим качеством в соответствии с количеством точек на единицу длины - разрешением (обычно, точек на дюйм - dpi или пикселей на дюйм -ppi).

Кроме того, качество характеризуется  еще и количеством цветов и  оттенков, которые может принимать каждая точка изображения. Чем большим количеством оттенков характеризуется изображения, тем большее количество разрядов требуется для их описания. Красный может быть цветом номер 001, а может и - 00000001. Таким образом, чем качественнее изображение, тем больше размер файла.

Растровое представление  обычно используют для изображений  фотографического типа с большим  количеством деталей или оттенков. К сожалению, масштабирование таких  картинок в любую сторону обычно ухудшает качество. При уменьшении количества точек теряются мелкие детали и деформируются надписи (правда, это может быть не так заметно при уменьшении визуальных размеров самой картинки -т.е. сохранении разрешения). Добавление пикселей приводит к ухудшению резкости и яркости изображения, т.к. новым точкам приходится давать оттенки, средние между двумя и более граничащими цветами. Распространены форматы .tif, .gif, jpg, .png, .bmp, .pcx и др.

Векторы представляют из себя математическое описание объектов относительно точки начала координат. Проще говоря, чтобы компьютер нарисовал прямую нужны координаты двух точек, которые связываются по кратчайшей, для дуги задается радиус и т.д. Таким образом, векторная иллюстрация это набор геометрических примитивов. Большинство векторных форматов могут так же содержать внедрённые в файл растровые объекты или ссылку на растровый файл (технология OPI). Сложность при передаче данных из одного векторного формата в другой заключается в использовании программами различных алгоритмов, разной математики при построении векторных и описании растровых объектов.

1.3 Цифровые  форматы представления графической  информации

OPI (Open Prepress Interface) — технология, разработанная фирмой Aldus, позволяющая  импортировать не оригинальные  файлы, а их образы, создавая в программе лишь копию низкого разрешения (эскиз) и ссылку на оригинал. В процессе печати на принтер, эскизы подменяются на оригинальные файлы. Применение ОРТ, вместо простого внедрения, (embedding) дает возможность экономить ресурсы компьютера (прежде всего, память), заметно повышая его производительность. OPI является основной работы с импортированными графическими файлами в таких программах, как FreeHand и QuarkXPress, широко применяется в других продуктах.

Растровый файл устроен  проще (для понимания, по крайней мере). Он представляет из себя прямоугольную матрицу (bitmap), разделенную на маленькие квадратики - пиксели (pixel - picture element). Растровые файлы можно разделить на два типа: предназначенные для вывода на экран и для печати.

Разрешение файлов таких форматов как GIF, JPEG, BMP зависит от видеосистемы компьютера. В старых Маках на квадратный дюйм экрана приходилось 72 пикселя (экранное разрешение), на Windows единого стандарта не сложилось, но сегодня чаще всего употребляется значение 96 пикселей на квадратный дюйм экрана. Реально, однако, эти параметры теперь стали довольно условными, так как почти все видеосистемы современных компьютеров позволяют изменять количество отображаемых на экране пикселей. Растровые форматы, предназначенные исключительно для вывода на экран, имеют только экранное разрешение, то есть один пиксель в файле соответствует одному экранному пикселю. На печать они выводятся так же с экранным разрешением.

Растровые файлы, предназначенные  для допечатной подготовки изданий имеют, подобно большинству векторных форматов, параметр Print Size - печатный размер. С ним связано понятие печатного разрешения, которое представляет из себя соотношение количества пикселей на один квадратный дюйм страницы (ppi, pixels perinch или dpi - dots per inch, - термин не совсем верный, но часто употребляемый). Печатное разрешение может быть от 130 dpi (для газеты) до 300 (высококачественная печать), больше почти никогда не нужно.

Растровые форматы, так  же отличаются друг от друга способностью нести дополнительную информацию: различные цветовые модели, вектора, Альфа-каналы или каналы плашковых (зро1)-цветов, слои различных типов, интерлиньяж (чересстрочная подгрузка), анимация, возможности сжатия и другое.

Независящий от аппаратного  обеспечения формат GIF был разработан в 1987 году (GIF87a) фирмой CompuServe для передачи растровых изображений по сетям. В 1989-м формат был модифицирован (GIF89a), были добавлены поддержка прозрачности и анимации. GIF использует LZW-компрессию, что позволяет неплохо сжимать файлы, в которых много однородных заливок (логотипы, надписи, схемы).

Lempel-Ziv-Welch разработан в 1978 году израильтянами Лемпелом и Зивом и доработан позднее в США. Сжимает данные путем поиска одинаковых последовательностей (они называются фразы) во всем файле. Выявленные последовательности сохраняются в таблице, им присваиваются более короткие маркеры (ключи). Так, если в изображении имеются наборы из розового, оранжевого и зеленого пикселей, повторяющиеся 50 раз, LZW выявляет это, присваивает данному набору отдельное число (например, 7) и затем сохраняет эти данные 50 раз в виде числа 7. Метод LZW, так же, как и RLE, лучше действует на участках однородных, свободных от шума цветов, он действует гораздо лучше, чем RLE, при сжатии произвольных графических данных, но процесс кодирования и распаковки происходит медленнее.

GIF позволяет записывать  изображение "через строчку" (Interlaced), благодаря чему, имея только  часть файла, можно увидеть  изображение целиком, но с меньшим  разрешением. Это достигается за счет записи, а затем подгрузки, сначала 1, 5, 10 и т.д. строчек пикселей и растягивания данных между ними, вторым проходом следуют 2, 6, эффективного сжатия конечных данных. Восстановление данных происходит в обратном порядке.